運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)模擬

1、運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)模擬步磊博士河北工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院bulei2006主要內(nèi)容系統(tǒng)的概念與應(yīng)用排隊(duì)系統(tǒng)與庫(kù)存系統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的概念現(xiàn)代系統(tǒng)(計(jì)算機(jī))技術(shù)均是在計(jì)算機(jī)支持下進(jìn)行的，因此，也稱為計(jì)算機(jī)。：是真實(shí)過程或系統(tǒng)在整個(gè)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行的模仿。凡是利用計(jì)算機(jī)在模型上而不是在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、運(yùn)行的研究方法都可認(rèn)為是。系統(tǒng)的應(yīng)用范圍軍事領(lǐng)域生產(chǎn)領(lǐng)域物流領(lǐng)域教育培訓(xùn)的優(yōu)點(diǎn)（1）系統(tǒng)1.新的策略、操作程序、決策規(guī)則、信息流、組織程序等的研究可以不干擾實(shí)際系統(tǒng)正在進(jìn)行的操 作。2.新的硬件設(shè)計(jì)、物理布局、不具備獲得它們的必要系統(tǒng)等測(cè)試可在的前提下進(jìn)行。3.關(guān)于某些現(xiàn)象怎樣發(fā)生或?yàn)槭裁窗l(fā)生的假設(shè)可以測(cè)試其可能性。4

2、.5.可以壓縮或擴(kuò)展時(shí)間來或減緩被研究的現(xiàn)象。可以獲得有關(guān)變量的相互作用的深入了解。的優(yōu)點(diǎn)（2）系統(tǒng)6.7.可以獲得變量對(duì)系統(tǒng)性能的重要性的深入了解?？梢赃M(jìn)行瓶頸分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)在過程、信息、物 料等工作中的哪個(gè)地方被過分延遲。研究可以幫助理解系統(tǒng)是如何運(yùn)行的，而不是一個(gè)人去思考系統(tǒng)如何運(yùn)行?？梢曰卮稹叭绻敲础边@樣的問題，這 在新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中特別有用。8.9.系統(tǒng)的缺點(diǎn)1.2.3.建模需要特殊的培訓(xùn)。結(jié)果可能難以解釋。建模和分析非常耗時(shí)，而且成本高。何時(shí)適用(1)1.使得對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用和復(fù)雜系統(tǒng)的子系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用的研究和實(shí)驗(yàn)成為可能；2.可以信息、組織及環(huán)境的變更，以觀察這些改變對(duì)

3、模型行為的影響；3.在模型設(shè)計(jì)過程中獲取的知識(shí)可能具有很大的價(jià)值，可對(duì)被研究系統(tǒng)的改進(jìn)提出建議。4.改變的輸入并觀察產(chǎn)生的輸出，可以使我們深入了解哪些變量是最重要的，以及了解變量間是如何相互作用的。何時(shí)適用(2)5.可以作為教學(xué)設(shè)備來增強(qiáng)的能力。求解方法學(xué)習(xí)6.可以用于在新設(shè)計(jì)或策略實(shí)施前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便為可能發(fā)生的事情做好準(zhǔn)備。7.8.9.可以用于驗(yàn)證的不同能力進(jìn)行解。對(duì)有助于確定其需求。設(shè)計(jì)用于訓(xùn)練的模型使得學(xué)習(xí)成為可能，無需費(fèi)用及現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。何時(shí)適用(3)10. 動(dòng)畫顯示可視性。11. 現(xiàn)代系統(tǒng)（工廠、服務(wù)組織等）非常復(fù)雜，只運(yùn)行中的系統(tǒng)，從而使計(jì)劃具有能通過來處理其內(nèi)部的相互作用。何時(shí)不適

4、用（1）Banks & Gibson（1997）十條規(guī)則：1.當(dāng)問題可以通過普通方法解決時(shí)，就不應(yīng)使用仿真。2.3.4.5.6.當(dāng)問題可以通過解決時(shí)，就不應(yīng)使用。如果直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更為簡(jiǎn)便，則不應(yīng)使用如果成本超過如果沒有足夠的節(jié)省的開銷，則不使用，則不使用。如果沒有足夠的時(shí)間，則不使用何時(shí)不適用（2）7.需要數(shù)據(jù)，有時(shí)需要大量的數(shù)據(jù)。如果無數(shù)據(jù)可用，甚至數(shù)據(jù)都無法估計(jì)，則不建議使用仿 真。如果沒有足夠的檢驗(yàn)與驗(yàn)證模型的能力，則不適8.用如果 者如果。9.有不合理的預(yù)期，要求過多過快，或的能力被過高估計(jì)，則也是不適合的。10.如果系統(tǒng)行為太復(fù)雜或不可定義，則不適合使用。如對(duì)人類行為建模。系

5、統(tǒng)建模與的歷史發(fā)展年代發(fā)展的主要特點(diǎn)1600-1940年在物理科學(xué)基礎(chǔ)上的建模20世紀(jì)40年代電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)20世紀(jì)50年代中期應(yīng)用于航空領(lǐng)域20世紀(jì)60年代工業(yè)操作過程的20世紀(jì)70年代包括、和環(huán)境因素的大系統(tǒng)20世紀(jì)70年代中期系統(tǒng)與的結(jié)合，如用于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)建模的SLAM系統(tǒng)20世紀(jì)70年代中期系統(tǒng)與更高級(jí)的決策結(jié)合20世紀(jì)80年代中期集成化建模與環(huán)境20世紀(jì)90年代可視化建模與、虛擬現(xiàn)實(shí)、分布交互常見的軟件FlexsimGPSSArena AutoMod Extend ProM SIMUL8主要內(nèi)容系統(tǒng)的概念與應(yīng)用排隊(duì)系統(tǒng)與庫(kù)存系統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)要素（投入）變換為有形產(chǎn)運(yùn)營(yíng)是指把品和

6、無形服務(wù)（產(chǎn)出）的活動(dòng)過程。即“投入-變換-產(chǎn)出”的過程產(chǎn)出 服務(wù)投入 人力 物料 設(shè)備 技術(shù) 信息 能源 土地變換過程13524運(yùn)營(yíng)管理的內(nèi)容體系系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量管理供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)計(jì)劃與流程分析與優(yōu)化新、服務(wù)開發(fā)選址與設(shè)施布置運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略與競(jìng)爭(zhēng)力典型系統(tǒng)之一：排隊(duì)系統(tǒng)顧客源顧客的等待隊(duì)列服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵元素是顧客和服務(wù)臺(tái)。“顧客”可以指到達(dá)設(shè)施并請(qǐng)求服務(wù)的任何 事物。要求服務(wù)的對(duì)象可以是人，也可以是物。“服務(wù)臺(tái)”可以指能夠提供所需服務(wù)的任何。自動(dòng)中心、普通機(jī)床生產(chǎn)理發(fā)、醫(yī)院、自助提款服務(wù)公交一般來說 ，當(dāng)某一時(shí)刻要求服務(wù)的對(duì)象數(shù)量超過服務(wù)機(jī)構(gòu)能夠接受服務(wù)的容量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)需求服務(wù)對(duì)象等待

7、服務(wù)的排隊(duì)現(xiàn)象。顧客源顧客源又稱顧客總體、擬到達(dá)總體，是指潛在的 所有顧客。有限總體和無限總體 有限總體模型與無限總體模型的主要區(qū)別在于到達(dá)速率是如何定義的。在無限總體模型中，到達(dá)速率（即 時(shí)間內(nèi)的平均到達(dá)數(shù)目）不受已經(jīng)離開到達(dá)數(shù)目并加入排隊(duì)系統(tǒng)的顧客數(shù)目的影響。對(duì)于有限擬到達(dá)總體模型，到達(dá)排隊(duì)系統(tǒng)的速率確實(shí)與正在接受服務(wù) 和等待的顧客數(shù)目有關(guān)。顧客到來模式到來模式是指顧客按照怎樣的規(guī)律到來系統(tǒng)。確定性到來與隨機(jī)性到來 確定性到來模式指顧客有規(guī)則地按照一定的間隔時(shí)間 到達(dá)。 隨機(jī)性到來模式指顧客相繼到來的間隔時(shí)間是隨機(jī)的、 不確定的，它一般用概率分布來描述。 泊松到來模式 愛爾朗到來模式服務(wù)機(jī)

8、構(gòu)服務(wù)機(jī)構(gòu)是指系統(tǒng)中有多少服務(wù)臺(tái)可以提供服務(wù)，服務(wù)臺(tái)之間的布置及關(guān)系是什么樣的。常見且比 較基本的隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有串行和并行，較復(fù)雜的服務(wù)機(jī)構(gòu)可由若干級(jí)串行組成，而每一級(jí) 又可以由多個(gè)服務(wù)臺(tái)并行而成。服務(wù)臺(tái)為顧務(wù)的時(shí)間可以是確定的，也可以是隨機(jī)的，后者更為常見。排隊(duì)規(guī)則損失制：若顧客到來時(shí)系統(tǒng)所有的服務(wù)機(jī)構(gòu)均繁 忙，則顧客自動(dòng)離去，不再回來。等待制：顧客到來時(shí)，若需接受服務(wù)的服務(wù)臺(tái)均 繁忙，則顧客就形成隊(duì)列等待服務(wù)。先進(jìn)先出（FIFO）后進(jìn)先出（LIFO） 隨機(jī)服務(wù)（SIRO）最短處理時(shí)間優(yōu)先（SPT）按優(yōu)先級(jí)別服務(wù)（PR）混合制隊(duì)長(zhǎng)N，顧限制隊(duì)長(zhǎng)的排隊(duì)規(guī)則：設(shè)系統(tǒng)存在最大客到來時(shí)，若隊(duì)長(zhǎng)

9、小于N，則加入排隊(duì)，否則自動(dòng)離去。限制等待時(shí)間的排隊(duì)規(guī)則：設(shè)顧客排隊(duì)等待的時(shí)間最 長(zhǎng)為T，則當(dāng)顧客等待時(shí)間大于T時(shí)顧客自動(dòng)離去。限制逗留時(shí)間的排隊(duì)規(guī)則：逗留時(shí)間包括等待時(shí)間與服務(wù)時(shí)間。若逗留時(shí)間大于最長(zhǎng)客自動(dòng)離去。逗留時(shí)間，則顧排隊(duì)系統(tǒng)的符號(hào)表示A/B/c/N/K A代表到達(dá)間隔時(shí)間的分布。 B代表服務(wù)時(shí)間的分布。 c代表并行服務(wù)臺(tái)的個(gè)數(shù)。 N代表排隊(duì)系統(tǒng)容量。 K代表顧客源（總體）規(guī)模。例如：M/M/1, G/G/1, D/D/1M指數(shù)分布、G泊松分布、D確定值排隊(duì)系統(tǒng)的常見性能指標(biāo)平均等待時(shí)間Wq平均排隊(duì)長(zhǎng)Lq系統(tǒng)中平均顧客數(shù)Ls 服務(wù)臺(tái)利用率單服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)顧客的等待隊(duì)列服務(wù)臺(tái)多服務(wù)臺(tái)單

10、排隊(duì)結(jié)構(gòu)顧客的等待隊(duì)列服務(wù)臺(tái)多服務(wù)臺(tái)多排隊(duì)結(jié)構(gòu)顧客的等待隊(duì)列服務(wù)臺(tái)多級(jí)多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)其他類型的排隊(duì)系統(tǒng)顧客及服務(wù)過程的多樣化顧客等待規(guī)則的多樣化服務(wù)臺(tái)類型不同典型系統(tǒng)之二：庫(kù)存系統(tǒng)補(bǔ)充需求庫(kù)存狀態(tài)庫(kù)存狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化確定型庫(kù)存系統(tǒng)和隨機(jī)型庫(kù)存系統(tǒng)IIMMQ3Q1Q2LLNNNNNNNttQ主要內(nèi)容系統(tǒng)的概念與應(yīng)用排隊(duì)系統(tǒng)與庫(kù)存系統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模和有三個(gè)基本的活動(dòng)：系統(tǒng)建模、建的實(shí)驗(yàn)。這三個(gè)活動(dòng)的是系統(tǒng)三要素：系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)（包括軟件和硬件）。系統(tǒng)系統(tǒng)：具有特定功能的、相互間具有有機(jī)的許多要素所的整體。子系統(tǒng)1物質(zhì)能量環(huán)境信息子系統(tǒng)2子系統(tǒng)3模型模型：用于研究目的的系統(tǒng)的表示。模

11、型是對(duì)相應(yīng)的真實(shí)對(duì)象和真實(shí)關(guān)系中那些有用的和令人感的特性的抽象，是對(duì)系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述，它以各種可用的形式提供被研究系統(tǒng)的描述信息。模型的類型物理模型 就是采用一定比例尺按照真實(shí)系統(tǒng)的樣子制作，沙盤 模型就是物理模型的典型例子。定性模型 用各類圖示方法描述系統(tǒng)各變量之間的相互關(guān)系以及輸入/輸出之間的關(guān)系，如概念模型、結(jié)構(gòu)模型、流程 圖等。定量模型 通過構(gòu)建系統(tǒng)各個(gè)要本質(zhì)特征。間的數(shù)量關(guān)系來刻畫系統(tǒng)的模型的分類靜態(tài) 靜態(tài) 動(dòng)態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型模型代表了一個(gè)特殊時(shí)間點(diǎn)上的系統(tǒng)；模型代表了隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。確定性的 不包含隨 隨機(jī)模型與隨機(jī)性的模型量的模型被劃分為確定性的；模型具有一個(gè)或多個(gè)隨量作

12、為輸入。連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)的狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)；離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)的狀態(tài)僅在離散的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化的系統(tǒng)。系統(tǒng)的步驟編程模型是否正確?概念模型是否正確?試運(yùn)行編寫文檔，歸納結(jié)果分析輸出數(shù)據(jù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)程序并驗(yàn)證運(yùn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)，定義模型形成問題及研究計(jì)劃離散系統(tǒng)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)是離散的，還是連續(xù)的，實(shí)質(zhì)上指的是描述該系統(tǒng)的模型是離散的還是連續(xù)的。根 據(jù)研究目的的不同，同一個(gè)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以在一種 場(chǎng)合下用離散模型表示，而在另一種場(chǎng)合下用連 續(xù)模型描述。離散系統(tǒng)的基本要素實(shí)體（entity）系統(tǒng)的各種成分稱為實(shí)體，用系統(tǒng)論的術(shù)語，它是系統(tǒng)邊界內(nèi)的對(duì)象。實(shí)體可分為兩大類：臨時(shí)

13、實(shí)體和實(shí)體。只在系統(tǒng)中存在一段時(shí)間的實(shí)體叫做臨時(shí)實(shí)體，這類實(shí)體在系統(tǒng)過程中的某一時(shí)刻出現(xiàn)，在結(jié)束前從系統(tǒng)中消失，實(shí)體的生命留在系統(tǒng)中的實(shí)體稱為貫徹整個(gè)過程。駐實(shí)體，只要系統(tǒng)處于活動(dòng)狀態(tài)，這些實(shí)體就存在。屬性（attribute） 實(shí)體的狀態(tài)由它的屬性的集合來描述，屬性用來反映實(shí)體的某些性質(zhì)。狀態(tài)（state）在某一確定時(shí)刻，系統(tǒng)的狀態(tài)是系統(tǒng)中所有實(shí)體的屬 性的集合。（event）是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為，它是在某一時(shí)間點(diǎn)上的瞬間行為。離散驅(qū)動(dòng)的。系統(tǒng)可以看作是由活動(dòng)（activity） 實(shí)體在兩個(gè)之間保持某一狀態(tài)的持續(xù)過程稱為活動(dòng)?；顒?dòng)的開始與結(jié)束都是由引起的。進(jìn)程（process）進(jìn)程由

14、和某類實(shí)體相關(guān)的及若干活動(dòng)組成。一個(gè)進(jìn)程描述了它所包括的時(shí)序關(guān)系。及活動(dòng)之間的相互邏輯關(guān)系和時(shí)鐘（simulation clock）時(shí)鐘用于表示時(shí)間的變化，作為過程的時(shí)序。它是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間在過程中的表示，而不是計(jì)算機(jī)執(zhí)行過程的時(shí)間長(zhǎng)度。時(shí)鐘的推進(jìn)方時(shí)間推進(jìn)機(jī)制。式：固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制和下次規(guī)則（rule） 描述實(shí)體之間、實(shí)體與時(shí)鐘之間相互影響的規(guī)則。例：?jiǎn)畏?wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)顧客的等待隊(duì)列服務(wù)臺(tái)鐘：下次類型：時(shí)間推進(jìn)（跳躍式推進(jìn)）類型性質(zhì)描述帶后續(xù)1顧客到來系統(tǒng)32服務(wù)結(jié)束，顧客離開43后續(xù)顧客接受服務(wù)4后續(xù)服務(wù)臺(tái)尋找顧客提供服務(wù)處理子程序到來離去接受服務(wù)尋找服務(wù)子程序子程序子程序子程序到來子程序

15、離去子程序調(diào)用4號(hào)的程序調(diào)用3號(hào)的程序已服務(wù)人數(shù)+1產(chǎn)生下一顧客到來時(shí)刻置服務(wù)臺(tái)“閑”系統(tǒng)人數(shù)-1系統(tǒng)人數(shù)+1否否排隊(duì)人數(shù)1服務(wù)臺(tái)空是是接受服務(wù)子程序?qū)ふ曳?wù)子程序排隊(duì)人數(shù)-1登記到表產(chǎn)生服務(wù)結(jié)束時(shí)刻并登記產(chǎn)生服務(wù)結(jié)束時(shí)刻置服務(wù)臺(tái)“忙”置服務(wù)臺(tái)“忙”排隊(duì)人數(shù)+1M/M/1,=0.1,FIFO,時(shí)間240分鐘時(shí)鐘類型顧客序號(hào)下一到來時(shí)刻隊(duì)長(zhǎng)等待時(shí)間服務(wù)開始時(shí)間服務(wù)時(shí)間離去時(shí)間服務(wù)臺(tái)狀態(tài)時(shí)間表0-0-0(A,0),(D,+)0A1700010101(A,7),(D,10)7A2251310-1(A,25),(D,10)10D1-0-106161(A,25),(D, 16)16D2-0-0(A,25),(D,+)25A32600255301(A,26),(D,30)26A42814-1(A,28),(D,30)238A1424200238102481(A,242),(D,248)242A-1庫(kù)存系統(tǒng)時(shí)鐘：固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制（步進(jìn)式推進(jìn)）類型：類型描述性質(zhì)處理內(nèi)